一种高温无铅压电与介电储能陶瓷及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高温压电性能、高储能密度无铅陶瓷介电材料，成分以通式(1‑x‑y)BiFeO₃–xBaTiO₃–yMeNbO₃+0.005(0.5MnO₂‑0.3CuO‑0.2CeO₂)或(1‑x‑y)BiFeO₃–xBaTiO₃–yMeTaO₃+0.005(0.5MnO₂‑0.3CuO‑0.2CeO₂)或(1‑x‑y)BiFeO₃–xBaTiO₃–yMeSbO₃+0.005(0.5MnO₂‑0.3CuO‑0.2CeO₂)来表示，其中Me为碱金属元素Li、Na、K中的一种或两种，x、y表示摩尔分数，0.1≤x≤0.5，0.05≤y≤0.3。本发明采用分步合成结合两歩烧结，获得成分结构梯度可控的均匀致密陶瓷。本发明的高温压电、高储能密度陶瓷具有优异的储能密度、高压电常数及高居里温度，储能密度可达1.1J/cm³，压电常数d₃₃可达282pm/V、应变可达0.22%，居里温度可达501^oC，绿色环保，实用性好。

主权项

一种高温压电性能、高储能密度无铅陶瓷介电材料，其特征是：组成通式为：(1‑x‑y)BiFeO₃–xBaTiO₃–yMeNbO₃ +0.005(0.5MnO₂‑0.3CuO‑ 0.2CeO₂)或(1‑x‑y)BiFeO₃–xBaTiO₃–yMeTaO₃ +0.005 (0.5MnO₂‑0.3CuO‑ 0.2CeO₂)或(1‑x‑y)BiFeO₃–xBaTiO₃–yMeSbO₃ +0.005 (0.5MnO₂‑0.3CuO‑ 0.2CeO₂);其中Me为碱金属元素Li、Na、K中的一种或两种，x、y表示摩尔分数，0.1≤x≤0.5，0.05≤y≤0.3；其制备方法是分步合成与两歩烧结，主要包含以下步骤：（1）将原料按照化学式MeNbO₃或MeSbO₃或MeTaO₃进行配料，其中Me为碱金属元素Li、Na、K中的一种或两种，以无水乙醇为介质球磨12小时，干燥后于850°C预烧2小时合成MeNbO₃粉末；（2）将原料按照化学式(1‑x‑y)BiFeO₃–xBaTiO₃，其中x、y表示摩尔分数，0.1≤x≤0.5，0.05≤y≤0.3， 进行配料，以无水乙醇为介质球磨12小时，干燥后于800°C预烧2小时合成主(1‑x‑y)BiFeO₃–xBaTiO₃粉末；（3）将步骤（1）与（2）的预烧粉末与MnO₂、CuO、CeO₂粉末，按照化学式(1‑x‑y)BiFeO₃–xBaTiO₃–yMeNbO₃ +0.005(0.5MnO₂‑0.3CuO‑ 0.2CeO₂)或(1‑x‑y)BiFeO₃–xBaTiO₃–yMeTaO₃+0.005(0.5MnO₂‑0.3CuO‑0.2CeO₂)或(1‑x‑y) BiFeO₃–xBaTiO₃–yMeSbO₃ +0.005 (0.5MnO₂‑0.3CuO‑ 0.2CeO₂)配料, x、y表示摩尔分数，0.1≤x≤0.5，0.05≤y≤0.3, 以无水乙醇为介质高能球磨12小时，干燥后获得粉末；（4）将步骤（3）获得的粉末加入3wt%浓度的PVA溶液造粒，压制成型圆片；（5）成型后的圆片在600°C保温2小时排除PVA；（6）将步骤（5）获得的圆片采用两歩烧结法，第一步升温到烧结温度950‑1000°C，不保温，第二步快速降温到860‑900°C，保温时间8小时；（7）样品加工成两面光滑、厚度0.3mm的薄片，披银电极即成。